[]

轻量化!结构性能升级

复合托板可减轻重量,提高结构强度


挑战

一家大型美国汽车原始设备制造商正在广泛应用轻量化复合材料。事实上,该制造商的工程师经常会测试并验证新型的复合应用。

汽车的底部托架便是这样一种应用,它可以增强车辆的稳定性。这些托架传统上采用钢材制成,以铝材替代后,每辆车的车身重量可以减轻3千克。

工程师希望不断地打破限制,推动行业的发展。他们意识到,也许可以使用连续纤维复合材料替代铝质托板,从而进一步减轻重量,提升性能,为此他们需要找到一种具备以下特性的材料-优秀的强度重量比、高抗挠刚度、优良的扭转刚度和抗疲劳强度。

解决方案

无论何种产品,减轻重量,同时保持良好的结构强度都是工程设计中最大的挑战之一,对于汽车工业而言尤其如此。为满足底部托板的要求,制造商采用了普立万的Glasforms™技术来制造连续纤维强化托板。自动化挤压成型工艺生产出来的连续玻璃或碳纤维强化、连续横截面型材具备一致的属性。 

吊架托板是一个两英尺长的长方形杆,每个末端有一个机加工的"U"形,用于安装金属插件。普立万的工程师团队为托板开发并分析了三种方案:一种是单向、混杂碳和玻璃纤维型材;一种单向碳纤维型材;还有一种采用单向碳纤维和横向织物支撑的型材,可以最大程度地防止裂痕扩散。

测试结果显示,第一个方案比铝质托架减轻了33%,抗挠刚度提高36%。第二个方案比铝质托架轻41%,抗挠刚度提高100%,但抗扭刚度大幅下降。第三个方案比铝质托架轻41%,抗挠刚度提高50%,抗扭刚度略优于铝质托架。

工程师们选择了第三个方案,因为它满足了所有的要求,而且三种属性的平衡最好。制作该部件的复合材料包括定制配方的热固性环氧树脂,它也具备优良的抗腐蚀性和耐化学性。这两种属性对于汽车部件,尤其是托架非常重要。

在对材料进行验证时,工程师们对托板实施了一系列的震动、晃动和路测,以获得其抗疲劳强度。结果显示,该复合材料组件拥有优良的强度,并且满足长期性能的严格标准。

影响

对于车辆制造商而言,开发减轻重量的方法是一项非常重要的工作,因为对于燃气汽车,更轻的重量便意味着更好的燃料效率,对电动汽车而言,便是更长的行驶距离。

相对于传统的铝质托架,普立万复合材料托架无论在性能上还是重量上都是一个全新的升级。最终的成品组件比铝质结构轻17%,同时抗挠刚度和抗扭刚度也都有明显的提升。

联系普立万

让我们帮助您发掘潜能……

电话:+1-866-737-2066